Background Gene transfer of glutamic acid decarboxylase (GAD) and other methods that modulate production of GABA in the subthalamic nucleus improve basal ganglia function in parkinsonism in animal models. We aimed to assess the effect of bilateral delivery of AAV2-GAD in the subthalamic nucleus compared with sham surgery in patients with advanced Parkinson's disease. Methods Patients aged 30–75 years who had progressive levodopa-responsive Parkinson's disease and an overnight off-medication unified Parkinson's disease rating scale (UPDRS) motor score of 25 or more were enrolled into this double-blind, phase 2, randomised controlled trial, which took place at seven centres in the USA between Nov 17, 2008, and May 11, 2010. Infusion failure or catheter tip location beyond a predefined target zone led to exclusion of patients before unmasking for the efficacy analysis. The primary outcome measure was the 6-month change from baseline in double-blind assessment of off-medication UPDRS motor scores. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, NCT00643890. Findings Of 66 patients assessed for eligibility, 23 were randomly assigned to sham surgery and 22 to AAV2-GAD infusions; of those, 21 and 16, respectively, were analysed. At the 6-month endpoint, UPDRS score for the AAV2-GAD group decreased by 8·1 points (SD 1·7, 23·1%; p<0·0001) and by 4·7 points in the sham group (1·5, 12·7%; p=0·003). The AAV2-GAD group showed a significantly greater improvement from baseline in UPDRS scores compared with the sham group over the 6-month course of the study (RMANOVA, p=0·04). One serious adverse event occurred within 6 months of surgery; this case of bowel obstruction occurred in the AAV2-GAD group, was not attributed to treatment or the surgical procedure, and fully resolved. Other adverse events were mild or moderate, likely related to surgery and resolved; the most common were headache (seven patients in the AAV2-GAD group vs two in the sham group) and nausea (six vs two). Interpretation The efficacy and safety of bilateral infusion of AAV2-GAD in the subthalamic nucleus supports its further development for Parkinson's disease and shows the promise for gene therapy for neurological disorders. Funding Neurologix.

Abstract Objective The Parkinson's Progression Markers Initiative ( PPMI ) is an observational, international study designed to establish biomarker‐defined cohorts and identify clinical, imaging, genetic, and biospecimen Parkinson's disease ( PD ) progression markers to accelerate disease‐modifying therapeutic trials. Methods A total of 423 untreated PD , 196 Healthy Control ( HC ) and 64 SWEDD (scans without evidence of dopaminergic deficit) subjects were enrolled at 24 sites. To enroll PD subjects as early as possible following diagnosis, subjects were eligible with only asymmetric bradykinesia or tremor plus a dopamine transporter ( DAT ) binding deficit on SPECT imaging. Acquisition of data was standardized as detailed at www.ppmi-info.org . Results Approximately 9% of enrolled subjects had a single PD sign at baseline. DAT imaging excluded 16% of potential PD subjects with SWEDD . The total MDS ‐ UPDRS for PD was 32.4 compared to 4.6 for HC and 28.2 for SWEDD . On average, PD subjects demonstrated 45% and 68% reduction in mean striatal and contralateral putamen Specific Binding Ratios ( SBR ), respectively. Cerebrospinal fluid ( CSF ) was acquired from >97% of all subjects. CSF (PD/HC/SWEDD pg/mL) α‐synuclein (1845/2204/2141) was reduced in PD vs HC or SWEDD ( P < 0.03). Similarly, t ‐tau (45/53) and p ‐tau (16/18) were reduced in PD versus HC ( P < 0.01), Interpretation PPMI has detailed the biomarker signature for an early PD cohort defined by clinical features and imaging biomarkers. This strategy provides the framework to establish biomarker cohorts and to define longitudinal progression biomarkers to support future PD treatment trials.

Summary

Background

 Emerging evidence shows that α-synuclein seed amplification assays (SAAs) have the potential to differentiate people with Parkinson's disease from healthy controls. We used the well characterised, multicentre Parkinson's Progression Markers Initiative (PPMI) cohort to further assess the diagnostic performance of the α-synuclein SAA and to examine whether the assay identifies heterogeneity among patients and enables the early identification of at-risk groups. 

Methods

 This cross-sectional analysis is based on assessments done at enrolment for PPMI participants (including people with sporadic Parkinson's disease from LRRK2 and GBA variants, healthy controls, prodromal individuals with either rapid eye movement sleep behaviour disorder (RBD) or hyposmia, and non-manifesting carriers of LRRK2 and GBA variants) from 33 participating academic neurology outpatient practices worldwide (in Austria, Canada, France, Germany, Greece, Israel, Italy, the Netherlands, Norway, Spain, the UK, and the USA). α-synuclein SAA analysis of CSF was performed using previously described methods. We assessed the sensitivity and specificity of the α-synuclein SAA in participants with Parkinson's disease and healthy controls, including subgroups based on genetic and clinical features. We established the frequency of positive α-synuclein SAA results in prodromal participants (RBD and hyposmia) and non-manifesting carriers of genetic variants associated with Parkinson's disease, and compared α-synuclein SAA to clinical measures and other biomarkers. We used odds ratio estimates with 95% CIs to measure the association between α-synuclein SAA status and categorical measures, and two-sample 95% CIs from the resampling method to assess differences in medians between α-synuclein SAA positive and negative participants for continuous measures. A linear regression model was used to control for potential confounders such as age and sex. 

Findings

 This analysis included 1123 participants who were enrolled between July 7, 2010, and July 4, 2019. Of these, 545 had Parkinson's disease, 163 were healthy controls, 54 were participants with scans without evidence of dopaminergic deficit, 51 were prodromal participants, and 310 were non-manifesting carriers. Sensitivity for Parkinson's disease was 87·7% (95% CI 84·9–90·5), and specificity for healthy controls was 96·3% (93·4–99·2). The sensitivity of the α-synuclein SAA in sporadic Parkinson's disease with the typical olfactory deficit was 98·6% (96·4–99·4). The proportion of positive α-synuclein SAA was lower than this figure in subgroups including LRRK2 Parkinson's disease (67·5% [59·2–75·8]) and participants with sporadic Parkinson's disease without olfactory deficit (78·3% [69·8–86·7]). Participants with LRRK2 variant and normal olfaction had an even lower α-synuclein SAA positivity rate (34·7% [21·4–48·0]). Among prodromal and at-risk groups, 44 (86%) of 51 of participants with RBD or hyposmia had positive α-synuclein SAA (16 of 18 with hyposmia, and 28 of 33 with RBD). 25 (8%) of 310 non-manifesting carriers (14 of 159 [9%] LRRK2 and 11 of 151 [7%] GBA) were positive. 

Interpretation

 This study represents the largest analysis so far of the α-synuclein SAA for the biochemical diagnosis of Parkinson's disease. Our results show that the assay classifies people with Parkinson's disease with high sensitivity and specificity, provides information about molecular heterogeneity, and detects prodromal individuals before diagnosis. These findings suggest a crucial role for the α-synuclein SAA in therapeutic development, both to identify pathologically defined subgroups of people with Parkinson's disease and to establish biomarker-defined at-risk cohorts. 

Funding

 PPMI is funded by the Michael J Fox Foundation for Parkinson's Research and funding partners, including: Abbvie, AcureX, Aligning Science Across Parkinson's, Amathus Therapeutics, Avid Radiopharmaceuticals, Bial Biotech, Biohaven, Biogen, BioLegend, Bristol-Myers Squibb, Calico Labs, Celgene, Cerevel, Coave, DaCapo Brainscience, 4D Pharma, Denali, Edmond J Safra Foundation, Eli Lilly, GE Healthcare, Genentech, GlaxoSmithKline, Golub Capital, Insitro, Janssen Neuroscience, Lundbeck, Merck, Meso Scale Discovery, Neurocrine Biosciences, Prevail Therapeutics, Roche, Sanofi Genzyme, Servier, Takeda, Teva, UCB, VanquaBio, Verily, Voyager Therapeutics, and Yumanity.

ABSTRACT Coding and non-coding RNAs have diagnostic and prognostic importance in Parkinson’s diseases (PD). We studied circulating small non-coding RNAs (sncRNAs) in 7, 003 samples from two longitudinal PD cohorts (Parkinson’s Progression Marker Initiative (PPMI) and Luxembourg Parkinson’s Study (NCER-PD)) and modelled their influence on the transcriptome. First, we sequenced sncRNAs in 5, 450 blood samples of 1, 614 individuals in PPMI. The majority of 323 billion reads (59 million reads per sample) mapped to miRNAs. Other covered RNA classes include piRNAs, rRNAs, snoRNAs, tRNAs, scaRNAs, and snRNAs. De-regulated miRNAs were associated with the disease and disease progression and occur in two distinct waves in the third and seventh decade of live. Originating mostly from a characteristic set of immune cells they resemble a systemic inflammation response and mitochondrial dysfunction, two hallmarks of PD. By profiling 1, 553 samples from 1, 024 individuals in the NCER-PD cohort using an independent technology, we validate relevant findings from the sequencing study. Finally, network analysis of sncRNAs and transcriptome sequencing of the original cohort identified regulatory modules emerging in progressing PD patients.

The progression of Parkinson's disease (PD) is associated with microstructural alterations in neural pathways, contributing to both motor and cognitive decline. However, conflicting findings have emerged due to the use of heterogeneous methods in small studies. Here we performed a large diffusion MRI study in PD, integrating data from 17 cohorts worldwide, to identify stage-specific profiles of white matter differences. Diffusion-weighted MRI data from 1654 participants diagnosed with PD (age: 20–89 years; 33% female) and 885 controls (age: 19–84 years; 47% female) were analyzed using the ENIGMA-DTI protocol to evaluate white matter microstructure. Skeletonized maps of fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD) were compared across Hoehn and Yahr (HY) disease groups and controls to reveal the profile of white matter alterations at different stages. We found an enhanced, more widespread pattern of microstructural alterations with each stage of PD, with eventually lower FA and higher MD in almost all regions of interest: Cohen's d effect sizes reached d = −1.01 for FA differences in the fornix at PD HY Stage 4/5. The early PD signature in HY stage 1 included higher FA and lower MD across the entire white matter skeleton, in a direction opposite to that typical of other neurodegenerative diseases. FA and MD were associated with motor and non-motor clinical dysfunction. While overridden by degenerative changes in the later stages of PD, early PD is associated with paradoxically higher FA and lower MD in PD, consistent with early compensatory changes associated with the disorder.

ABSTRACT Exosomes are proposed to be important in the pathogenesis of prevalent neurodegenerative diseases. We report the first application of solid-state technology to perform multiplex analysis of single exosomes in human cerebrospinal fluid (CSF) obtained from the lumbar sac of people diagnosed with Alzheimer’s disease dementia (ADD, n=30) or Parkinson’s disease dementia (PDD, n=30), as well as age-matched health controls (HCN, n=30). Single events were captured with mouse monoclonal antibodies to one of three different tetraspanins (CD9, CD63, or CD81) or with mouse (M) IgG control, and then probed with fluorescently labeled antibodies to prion protein (PrP) or CD47 to mark neuronal or presynaptic origin, as well as ADD- and PDD-related proteins: amyloid beta (Aβ), tau, α-synuclein, and Apolipoprotein (Apo) E. Data were collected only from captured events that were within the size range of 50 to 200 nm. Exosomes were present at approximately 100 billion per mL human CSF and were similarly abundant for CD9+ and CD81+ events, but CD63+ were only 22% to 25% of CD9+ (P<0.0001) or CD81+ (P<0.0001) events. Approximately 24% of CSF exosomes were PrP+, while only 2% were CD47+. The vast majority of exosomes were surface ApoE+, and the number of PrP-ApoE+ (P<0.001) and PrP+ApoE+ (P<0.01) exosomes were significantly reduced in ADD vs. HCN for CD9+ events only. Aβ, tau, and α-synuclein were not detected on the exosome surface or in permeabilized cargo. These data provide new insights into single exosome molecular features and highlight reduction in the CSF concentration of ApoE+ exosomes in patients with ADD.

Abstract Synaptic molecular characterization is limited for Alzheimer’s disease (AD). We used mass cytometry to quantify 38 probes in approximately 17 million single synaptic events from human brains without pathologic change or with pure AD or Lewy body disease (LBD), non-human primates (NHP), and PS/APP mice. Synaptic molecular integrity in humans and NHP was similar. Although not detected in human synapses, Aβ was in PS/APP mice synaptic events. Clustering and pattern identification of human synapses showed expected disease-specific differences, like increased hippocampal pathologic tau in AD and reduced caudate dopamine transporter in LBD, and revealed novel findings including increased hippocampal CD47 and lowered DJ1 in AD and higher ApoE in AD dementia. Our results were independently supported by multiplex ion beam imaging of intact tissue.

Abstract Differential diagnosis of dementia remains a challenge in neurology due to symptom overlap across etiologies, yet it is crucial for formulating early, personalized management strategies. Here, we present an artificial intelligence (AI) model that harnesses a broad array of data, including demographics, individual and family medical history, medication use, neuropsychological assessments, functional evaluations and multimodal neuroimaging, to identify the etiologies contributing to dementia in individuals. The study, drawing on 51,269 participants across 9 independent, geographically diverse datasets, facilitated the identification of 10 distinct dementia etiologies. It aligns diagnoses with similar management strategies, ensuring robust predictions even with incomplete data. Our model achieved a microaveraged area under the receiver operating characteristic curve (AUROC) of 0.94 in classifying individuals with normal cognition, mild cognitive impairment and dementia. Also, the microaveraged AUROC was 0.96 in differentiating the dementia etiologies. Our model demonstrated proficiency in addressing mixed dementia cases, with a mean AUROC of 0.78 for two co-occurring pathologies. In a randomly selected subset of 100 cases, the AUROC of neurologist assessments augmented by our AI model exceeded neurologist-only evaluations by 26.25%. Furthermore, our model predictions aligned with biomarker evidence and its associations with different proteinopathies were substantiated through postmortem findings. Our framework has the potential to be integrated as a screening tool for dementia in clinical settings and drug trials. Further prospective studies are needed to confirm its ability to improve patient care.

ABSTRACT Mass spectrometry based targeted proteomics methods provide sensitive and high-throughput analysis of selected proteins. To develop a targeted bottom-up proteomics assay, peptides must be evaluated as proxies for the measurement of a protein or proteoform in a biological matrix. Candidate peptide selection typically relies on predetermined biochemical properties, data from semi-stochastic sampling, or by empirical measurements. These strategies require extensive testing and method refinement due to the difficulties associated with prediction of peptide response in the biological matrix of interest. Gas-phase fractionated (GPF) narrow window data-independent acquisition (DIA) aids in the development of reproducible selected reaction monitoring (SRM) assays by providing matrix-specific information on peptide detectability and quantification by mass spectrometry. To demonstrate the suitability of DIA data for selecting peptide targets, we reimplement a portion of an existing assay to measure 98 Alzheimer’s disease proteins in cerebrospinal fluid (CSF). Peptides were selected from GPF-DIA based on signal intensity and reproducibility. The resulting SRM assay exhibits similar quantitative precision to published data, despite the inclusion of different peptides between the assays. This workflow enables development of new assays without additional up-front data acquisition, demonstrated here through generation of a separate assay for an unrelated set of proteins in CSF from the same dataset.